关口电能表在线更换电量损失补偿方法

朱梦梦，李仕林， 翟少磊，钟尧，于辉，林聪，朱全聪

(1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2.南方电网公司电能计量重点实验室，昆明 650217)

关口电能表在线更换电量损失补偿方法

朱梦梦1，2，李仕林1，2， 翟少磊1，2，钟尧1，2，于辉1，2，林聪1，2，朱全聪1，2

(1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2.南方电网公司电能计量重点实验室，昆明 650217)

介绍在线方式下现场更换电能表方案，着重分析了关口表在线更换过程中电量精确补偿存在的难点和现有方法的不足之处，针对关口表更换过程中的负荷变化的特点，利用记录瞬时功率离散点进行曲线拟合进而提出合理电量损失补优化偿的方法，保证电力交易的公平公正。

关口电能表；在线更换；电量损失；优化补偿方法

0 前言

规程对运行中的关口电能表的轮换周期规定为三至四年[1]。为不影响正常电力生产，现场一般带负荷更换关口电能表，将接线盒内的每相电流连接片闭合，电压连接片断开，待更换电能表无电流和电压后，就可进行换表工作。由于在闭合接线盒内的电流连接片，断开电压连接片后，直到装上新表后恢复正常这段时间内，电能计量装置是不计量的，这样拆装关口电能表这段时间内会产生电量损失，换表结束后，要对这段时间内的损失电量进行补偿。但是在实际工作中，通常换表过程中采用的补偿方案是在拆下旧关口电能表前记录关口电能表的瞬时电压、电流、功率及功率因数，同时用秒表记录从二次电流回路短接至恢复的准确时间，以换表前的瞬时功率作为换表期间的平均功率来估算换表期间的电量损失，并在当月结算电量中增加此部分换表期间的补偿电量。

上述的方案在负荷变化较大时会有较大误差，根本无法做到准确计量这段时间的电量，只能通过人工进行测量和计算，很多用电客户对计算出的追补电量并不认可。本文利用通过研究关口表更换过程中的电压电流及功率因素的特征，利用最小二乘法法拟合功率曲线提出合理电量损失补优化偿的方法，提供简便快捷的计算方法、同时提高工作效率。

1 电子式电能表在线更换方案

1.1 电子式电能表的计量原理

电子式电能表是在数字功率表的基础上发展起来的，采用乘法器实现对电功率的测量，其工作原理框图如图1所示[2-3]。

一般电子式电能表的工作原理是：被测量的高电压u、大电流i经电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器，乘法器完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压U，然后再利用电压/频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。为了更为直观的描述电量计算，电压、电流以及功率曲线如图2所示。

图1 电子式电能表工作原理框图

图2 电压、电流及功率曲线图

其中P(t)=u(t)×i(t)为功率曲线，而有功电能W(t)为功率曲线与横轴t所包围的面积 (阴影部分)之和。

1.2 电量精确追补方法的不足

一般情况下，换表过程中采用的补偿方案是在拆下旧关口电能表前记录关口电能表的瞬时电压、电流、功率及功率因数，同时用秒表记录从二次电流回路短接至其恢复的准确时间，以换表前的瞬时功率作为换表期间的平均功率来估算换表期间的电量损失，所计算出的补偿电量在当月结算电量中增加此部分换表期间的补偿电量。

在现场关口表更换中发现，换表过程中由于负荷不同导致的功率也会随时发生变化，因此采用换表前的瞬时功率及换表所需时间计算补偿电量就不能如实反映出换表过程中的损失电量。藉此，寻求改进和完善关口电能表在线更换中电量补偿方法是非常有必要的。

2 在线更换电量损失优化补偿法

2.1 基于最小二乘法拟合曲线方法

在建模过程中最常用到的数据处理方法就是进行数据的曲线拟合。曲线拟合技术测试数据的处理等领域中的应用越来越广泛。所谓曲线拟合是指设法找出某条光滑的曲线最佳地拟合数据。其思想是使它能反映这些离散数据的变化趋势使数据点的误差平方和最小。而在进行曲线拟合时，并不要求拟合曲线一定要经过每一个数据点，但要尽量避免出现局部波动。

最小二乘法的曲线拟合是指：已知n个数据点 (xi，yi)，i=1，2，......，n，其中xi不全相同，寻求函数y=s( x；a1，a2，...am)的待定参数a1，a2，...am(n ＜m)的一组值，使得在这组取值下，函数y=s( x；a1，a2，...am)与已知n个数据点整体上最为逼近。最小二乘曲线拟合方法根据已知数据，首先构造出能够反映含有待定参数的函数y=s( x；a1，a2，...am)与n个数据点 (xi，yi)，i=1，2，......，n偏离程度的函数为：

然后，利用数学方法求函数Q( a1，a2，...am)的最小值此时a1，a2，...am的取值就是所求的带定值。这样一组取值使得函数y=s( x；a1，a2，...am)与n个数据点在二次平方和意义下最为逼近[4-6]。

2.2 在线更换电量优化补偿方法

最小二乘法反应所有数据点总的趋势，消除其局部波动，对于杂乱无章的无序离散点拟合比较适用，而关口电能表在线更换方式下负荷波动不定，一般呈现无序的离散点，因此最小二乘法适合用于功率曲线的拟合。

在现场关口电能表检测中，适用三相电能表校验仪装置对其进行检测，其中利用三相电能表现场校验仪获取t1到t2时间段的有功功率离散点为p(tn)，然后根据其离散点采样值利用最小二乘曲线拟合方法分别构建立有功功率曲线的多项式函数p(t)，进而可知换表过程中损失总有功电量计算公式为：

式2中，W为有功电量，t1为换表的初始时间，t2为换表的结束时间。p(t)为瞬时有功功率。因此由式2可以算出在线更换电能表中损失电量。为了方便进行曲线拟合，本文采用matlab中polyfi函数的方法进行拟合，其界面操作简单，曲线拟合效果良好。

3 电量补偿优化计算方法应用示例

为了进一步的说明此种优化补偿方法，表1给出了一组离散的功率数据，其中列出了每个时间点的功率因素。

表1 试验数据

针对上述实验数据，然后利用最小二乘法拟合函数去拟合瞬时有功功率数据。可得到三相电能现场表校验仪瞬时功率曲线拟合情况如图3所示。

图3 功率拟合曲线图

从而算出拟合函数的系数为

由此可以得出功率拟合的曲线函数为：

上述函数为换表过程中瞬时功率与时间关系，由上述分析可知，电量既是功率与时间t轴所包围的面积，然后可以计算出有功电量为0.011 6 kW·h。

倘若换表过程中记录瞬时功率的次数越多，功率曲线就越接近实际，因此在现场中尽可能的记录多次瞬时功率，若三相电能表现场校验仪具有通讯功能和瞬时电参量记录功能，可利用计算机进行多次瞬时值的记录，达到提高计量精度。

4 结束语

本文详细介绍了关口电能表在线更换方式下操作流程，同时着重阐述了关口电能表带电更换中电量损失的现有补偿方法的不足之处，在此基础之上提出了基于最小二乘拟合功率曲线的补偿优化方法，使得现场工作中提高带电更换关口电能表电量补偿的准确性。

[1] 国家技术监督局.DLT 448-2000，电能计量装置技术管理规程 [S].2000(6).

[2] JJG596-2012.电子式电能表检定规程 [S].

[3] DL/T 614-2007.多功能电能表 [S].

[4] 束洪春.电力工程信号处理应用 [M].北京：科学出版社，2009.

[5] 杨云升.Matlab曲线拟合及其在试验数据处理中的应用[J].电脑与信息技术，2009，17(2)：34-36.

[6] 欧阳明松，徐连民.基于最小二乘法的曲线拟合研究 [J] .南昌工程学院学报，2010，29(4)：24-28.

Study on Optimization Compensation Method for the Loss of Electric Quantity in Online Replacement Mode of Gateway

ZHU Mengmeng1，2，LI Shilin1，2，ZHAI Shaolei1，2，ZHONG Yao1，2，YU Hui1，2，LIN Cong1，2，ZHU Quancong1，2
(1.Yunnan electric power research institute，Yunnan Power Grid co.Ltd，Kunming 650217，China；2.Key Laboratory of CSG for Electric Power Measurement，Kunming 650217，China)

This paper introduces the scheme of the replacement of the electric energy meter in the online mode，and analyzes the difficulties and shortcomings of the existing difficulty and the existing methods for the accurate compensation of the electric quantity during the on-line replacement of the gateway meter.In this paper，mark table to replace the characteristics in the process of load change，by recording instantaneous power discrete point curve fitting and puts forward the reasonable power loss compensation optimization compensation method，in order to ensure fair and equitable trading electricity.

gateway energy meter；online to replace；loss of electric quantity；optimization method to compensate

TM93

B

1006-7345(2015)06-0056-03

2015-07-02

朱梦梦 (1986)，男，硕士，助理工程师，云南电网有限责任公司电力科学研究院，从事电能计量、高电压大电流计量测试技术及配网自动化及其故障检测等方面的研究工作 (e-mail) zhumengmeng061＠163.com。

李仕林 (1972)，男，硕士，高级工程师，云南电网有限责任公司电力科学研究院，从事计量管理等方面的工作；

翟少磊 (1984)，男，硕士，工程师，云南电网有限责任公司电力科学研究院，从事高电压大电流计量测试技术等方面的研究工作。